第一章數控銑床概述

1、 數控銑床是主要采用銑削方式加工零件的數控機床，它能夠進行外形輪廓銑削、平面或曲面型腔銑削及三維復雜型面的銑削，如凸輪、模具、葉片等，另外數控銑床還具有孔加工的功能，通過特定的功能指令可進行一系列孔的加工，如鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔和攻絲等，如圖1-1所示?；A篇基礎篇 數控銑床（加工中心）的編程數控銑床（加工中心）的編程 第一章第一章 數控銑床（加工中心）概述數控銑床（加工中心）概述 圖1-1 數控銑床圖1-2 加工中心第一節(jié)第一節(jié) 數控銑床（加工中心）的組成和工作原理數控銑床（加工中心）的組成和工作原理一一 、數控銑床（加工中心）的、數控銑床（加工中心）的 數控銑床（加工中心）大體由輸入裝置

2、、數控裝置、伺服系統(tǒng)、檢測及其輔助裝置和機床本體等組成。 1、輸入裝置 數控程序編制后需要存儲在一定的介質上，按目前的控制介質大致分為紙介質和電磁介質，相應地通過不同方法輸入到數控裝置中去。紙帶輸入方法，即在專用的紙帶上穿孔，用不同孔的位置組成數控代碼，再通過紙帶閱讀機將代表不同含義的信息讀入。手動輸入是將數控程序通過數控機床上的鍵盤輸入，程序內容將存儲在數控系統(tǒng)的存儲器內，使用時可以隨時調用。 數控程序的產生由計算機編程軟件或手工輸入到計算機中，就可采用通訊方式來傳遞數控程序到數控系統(tǒng)中，通常使用數控裝置的RS232C串行口或RJ45口等來完成。2、數控裝置 一般數控系統(tǒng)是由專用或通用計算機

3、硬件加上系統(tǒng)軟件和應用軟件組成，完成數控設備的運動控制功能、人機交互功能、數據管理功能和相關的輔助控制等功能。它是數控設備功能實現和性能保證的核心組成部分，是整個數控設備的中心控制機構。隨著開放式數控技術的出現，數控系統(tǒng)具備了自我擴展和自我維護的功能，為數控設備的應用提供了自由完善、自定義系統(tǒng)軟硬件功能和性能的能力。 圖1-4 數控裝置 數控裝置是數控銑床的核心，是由數控系統(tǒng)、輸入和輸出接口等組成，它接收到的數控程序，經過編譯、數學運算和邏輯處理后，輸出各種信號到輸出接口上。3 3、伺服系統(tǒng)連接數控裝置和機械結構的控制傳輸通道，它將數控裝置的數字量的指令輸出轉換成各種形式的電動機運動，帶動機械

4、結構上執(zhí)行元件實現其所規(guī)定出來的運動軌跡。伺服系統(tǒng)包括驅動放大器和電動機兩個主要部分，其任務實質是實現一系列數模或模數之間的信號轉化，表現形式就是位置控制和速度控制。 伺服系統(tǒng)接收數控裝置輸出的各種信號，經過分配、放大、轉換等功能，驅動各運動部件，完成零件的切削加工。4、檢測裝置 位置檢測、速度反饋裝置根據系統(tǒng)要求不斷測定運動部件的位置或速度，轉換成電信號傳輸到數控裝置中，與目標信號進行比較、運算，進行控制。5 5、運動部件 由包括床身、主軸箱、工作臺、進給機構等組成的機械部件，伺服電機驅動運動部件運動，完成工件與刀具之間的相對運動。6、輔助裝置 輔助裝置是指數控銑床（加工中心）的一些配套部件

5、，包括刀庫、液壓和氣動裝置、冷卻系統(tǒng)和排屑裝置等。二、數控銑床（加工中心）的工作原理二、數控銑床（加工中心）的工作原理 控制面板控制面板輸入輸出輸入輸出設備設備數數控控裝裝置置伺服裝置伺服裝置（主軸、（主軸、進給）進給）驅驅動動裝裝置置測量反饋裝置測量反饋裝置機機 床床 主主 體體圖圖1-3 1-3 數控機床工作原理圖數控機床工作原理圖1、數控加工的過程 首先要將被加工零件圖上的幾何信息和工藝信息數字化，也就是將刀具與工件的相對運動軌跡、加工過程中主軸速度和進給速度的變換、冷卻液的開關、工件和刀具的交換等控制和操作，按規(guī)定的代碼和格式編寫成加工程序,然后送入數控系統(tǒng)，數控系統(tǒng)則按照程序的要求，

6、先進行相應的運算、處理，然后發(fā)出控制命令，使各坐標軸、主軸及相關的輔助動作相互協調，實現刀具與工件的相對運動，自動完成零件的加工。 2、數控機床的工作過程 數控機床接通電源后，數控系統(tǒng)對各組成部分的工作狀況進行自檢，并根據廠家設定的參數要求設置為初始狀態(tài)，一切正常，無報警提示，等待用戶輸入信息。零件的加工程序編制可以脫開機床編程，也可以在線編程。在線編程就是利用數控系統(tǒng)提供的面板鍵盤進行輸入相關格式指令完成，程序直接進入數控系統(tǒng)的存儲區(qū)域，可以隨時調用；脫機編程是操作者在機床外用計算機進行一種編程方式，編寫好的程序存儲在磁盤等介質上，要進行使用時，通過數控機床提供的RS-232C、RJ45等接

7、口與計算機相連，用傳輸軟件將數控程序送入數控系統(tǒng)進行加工，它可以實現DNC方式加工。 在加工之前，為了使機床明白操作者設定的編程坐標，操作者必須通過對刀方式將編程坐標系轉換成機床工件坐標系，也就是加工前輸入實際使用刀具的參數及工件坐標系原點相對于機床坐標系的坐標值。 加工程序輸入后，數控系統(tǒng)啟動運行，系統(tǒng)對輸入的信息進行內部處理，編譯成二進制數據，通過數據計算，轉換成控制信號。數控系統(tǒng)對信息預處理后，運行數控加工程序，系統(tǒng)根據程序中給出的幾何數據和工藝數據進行插補計算，確定各線段的起點、終點，確定坐 標軸運動的方向、大小和速度，分別向各個控制軸發(fā)出運動序列指令。 伺服系統(tǒng)接受信息后完成驅動，再

8、根據機床上位置檢測裝置測得的實際數值反饋到數控系統(tǒng)內部的位置調節(jié)器，與理想數值進行比較、調節(jié)，輸出補償信息，控制各坐標軸的精確運動。 數控系統(tǒng)再次進行數控程序中程序段的插補計算和位置控制，逐行完成程序段的編譯和處理，直至零件加工程序執(zhí)行完畢。第二節(jié)第二節(jié) 數控銑床（加工中心）的分類和特點數控銑床（加工中心）的分類和特點 數控機床加工與普通機床有著一定的區(qū)別：）工序集中 數控機床一般帶有可以自動換刀的刀架、刀庫，換刀過程由程序控制自動進行，因此，工序比較集中，減少機床占地面積，節(jié)約廠房，同時減少或沒有中間環(huán)節(jié)（如半成品的中間檢測、暫存搬運等），既省時間又省人力。）自動化程度高 數控機床加工時，不

9、需人工控制刀具，自動化程度高，對操作工人的要求降低。數控操作工在數控機床上加工出的零件比普通工在傳統(tǒng)機床上加工出的零件精度高，而且省時、省力，降低了工人的勞動強度。）產品質量穩(wěn)定數控機床的加工自動化，免除了普通機床上工人的疲勞、粗心等人為誤差，提高了產品的一致性。）加工效率高數控機床的自動換刀等使加工過程緊湊，提高了勞動生產率。）柔性化高改變數控加工程序，就可以在數控機床上加工新的零件，且又能自動化操作，柔性好，效率高，因此數控機床很適應市場競爭。）加工能力強數控機床能精確加工各種輪廓，而有些輪廓在普通機床上無法加工。一、數控銑床的分類和特點一、數控銑床的分類和特點 （一）數控銑床的分類數控銑

10、床是一種用途廣泛的數控機床，按照不同方法分為不同種類。1、按主軸軸線位置方向分為數控立式銑床、數控臥式銑床。2、按加工功能分數控銑床、數控仿形銑床、數控齒輪銑床等。3、按控制坐標軸數分兩坐標數控銑床、兩坐標半數控銑床、三坐標數控銑床等。4、按伺服系統(tǒng)方式分為閉環(huán)伺服系統(tǒng)、開環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數控銑床等。（二）數控銑床的特點 數控銑床一般都能完成銑平面、銑斜面、銑槽、銑曲面、鉆孔、鏜孔、攻螺紋等加工，一般情況下，可以在一次裝夾中完成所需的加工工序。 目前數控裝置的脈沖當量一般為0.001mm，高精度的數控系統(tǒng)可達0.0001mm，能保證工件精度。數控加工還可避免工人的操作誤差，一批加工零

11、件的尺寸同一性特別好，定位精度比較高，在加工各種復雜模具中顯示較好的優(yōu)越性。 數控銑床的最大特點是高柔性，一般不需要使用專用夾具工藝裝備，在更換工件時，只需調用存儲于計算機中的加工程序，裝夾工件和調整刀具數據即可，能大大縮短生產周期。 一般的數控銑床都具有銑床、鏜床和鉆床的功能，使工序高度集中，大大提高了生產效率并減少了工件的裝夾誤差。 數控機床加工極大地降低了勞動強度，機床操作者的勞動趨于智力型工作。二、加工中心的分類和特點二、加工中心的分類和特點 （一）加工中心的分類1、按照機床結構分類分為立式、臥式、龍門式和萬能加工中心。圖1-5 立式加工中心外形圖圖1-6 臥式加工中心外形圖、圖1-7

12、 龍門式加工中心外形圖2、按自動換刀裝置分類 通常可以分為四類：1）轉塔頭加工中心 轉塔頭加工中心有立式和臥式兩種。主軸數一般為612個，這種結構換刀時間短、刀具數量少、主軸轉塔頭定位精度要求較高。一般主要以孔加工為主。2）刀庫+主軸換刀加工中心 這種加工中心特點是無機械手式主軸換刀，其換刀是通過刀庫和主軸箱的配合動作來完成，并由主軸箱上下運動進行選刀和換刀，換刀時，主軸運動到刀位上的換刀位置，由主軸直接取走或放回刀具。3）刀庫+機械手+主軸換刀加工中心 換刀裝置是由刀庫和機械手組成，換刀機械手完成換刀工作。4）刀庫+機械手+雙主軸轉塔頭加工中心 這種加工中心在主軸上的刀具進行切削時，通過機械

13、手將下一步所用的刀具換在轉塔頭的非切削主軸上。當主軸上的刀具切削完畢后，轉塔頭即回轉，完成換刀工作，換刀時間短。3、按加工中心完成功能特征分類 按功能特征分類，可分為鏜銑、鉆削和復合加工中心；按工藝用途可分為鏜銑加工中心、車削加工中心、鉆削加工中心、攻螺紋加工中心及磨削加工中心等。1）鏜銑加工中心 以鏜銑為主，適用于箱體、殼體類零件加工以及各種復雜零件的特殊曲線和曲面輪廓的多工序加工，用于多品種、小批量的生產方式。2）鉆削加工中心 以鉆削為主，刀庫形式以轉塔頭形式為主，適用于中、小批量零件的鉆孔、擴孔、較孔、攻螺紋及連續(xù)輪廓銑削等多工序加工。3）復合加工中心 復合加工中心主要指五面復合加工，可

14、自動回轉主軸頭，進行立臥加工，主軸自動回轉后，在水平和垂直面實現刀具自動交換。4、按加工中心機械結構特征分類 按工作臺種類分，加工中心工作臺有各種結構，可分為單、雙和多工作臺。設置工作臺的目的是為了縮短零件的輔助準備時間，提高生產效率和機床自動化程度。最常見的是單工作臺和雙工作臺兩種形式。5、按主軸結構特征分類 根據主軸結構特征分類，可分為單軸、雙軸、三軸及可換主軸箱的加工中心。（二）加工中心的特點 加工中心可以自動連續(xù)地完成銑、鉆、擴、鉸、锪、攻螺紋等多工序加工，適合于小型板類、盤類、殼體類、模具等零件的多品種小批量加工。它除了具有數控機床的共同特點外，還具有其獨特的特點：1、工序集中2、強

15、力切削3、對加工對象的實用性強4、加工生產率高 5、高速定位6、減輕操作者的勞動強度 7、隨機換刀 8、經濟效益高9、有利于生產管理的現代化三、數控銑床及加工中心機械結構的主要組成三、數控銑床及加工中心機械結構的主要組成部分部分、機床基礎件，如床身，底座等。、主傳動系統(tǒng)，主軸電機及傳動部分。主軸組件一般由軸承、支承、傳動件和刀具夾緊等裝置組成， 、進給系統(tǒng)。進給系統(tǒng)由聯軸節(jié)、滾珠絲杠、導軌等組成，如圖1-8所示。 圖1-8 滾珠絲杠、實現工件回轉、定位的裝置和附件。 實現回轉運動通常采用回轉工作臺和分度工作臺，分度工作臺只是將工件分度轉位，實現分別加工工件的各個表面的目的，而回轉工作臺除了分度

16、和轉位的功能外，還能實現圓周進給運動。、自動換刀裝置（ATC）。 帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)是由刀庫和換刀機構組成，刀庫可以存放很多刀具。刀庫類型分為盤式、鏈式和箱式，盤式刀庫又稱斗笠式刀庫，容量較??；鏈式刀庫容量較大，一般配有30把以上的刀具時采用，箱式刀庫容量更大，空間利用率高，但是換刀時間長。刀庫與主軸交換方式通常有機械手交換刀具方式和由刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換方式。、自動托盤交換裝置(APC)。 托盤交換裝置按其運動方式有回轉式和往復式兩種，托盤交換器在機床運行時是加工中心的一個輔件，完成或協助完成物料（工件）的裝卸與交換，并起緩沖作用。、輔助裝置，如液壓、氣動、潤滑、冷卻、排屑

17、、防護等裝置。數控機床配備液壓和氣動裝置來完成自動運行功能，液壓傳動裝置使用工作壓力高的油性介質，動作平穩(wěn)，噪音較?。粴鈩友b置的氣源容易獲得，結構簡單，動作頻率高，適合頻繁起動的輔助工作。如圖1-9所示的直動式電液伺服閥等。、工具系統(tǒng) 一般分為整體式結構和模塊式結構兩大類。如圖1-10所示刀具系統(tǒng)附件，圖1-11對刀儀等，整體式刀具系統(tǒng)基本上由整體柄部和整體刃部（整體式刀具）兩者組成，傳統(tǒng)的鉆頭、銑刀、鉸刀等就屬于整體式刀具。模塊式刀具系統(tǒng)是把整體式刀具系統(tǒng)按功能進行分割，做成系列化的標準模塊（如刀柄、刀桿、接長桿、接長套、刀夾、刀體、刀頭、刀刃等），再根據需要快速地組裝成不同用途的刀具，當某

18、些模塊損壞時可部分更換。這樣既便于批量制造，降低成本，也便于減少用戶的刀具儲備，節(jié)省開支，因此模塊式刀具系統(tǒng)在使用中倍受推崇。 常用的是40、45、50號7：24長圓錐柄，在該系列中，我國的GB10944-89、德國的DIN69871、美國的ANSIL5.50都已與ISO7388標準趨于一致，在主軸端為同一錐度號的主軸孔，以及刀庫、換刀機械手之間互相通用。如JT40XS1675，其中JT40表示刀柄型式及尺寸，其后數字為相應的ISO錐度號，40代表大端直徑44.45的7:24錐度。BT表示采用日本標準MAS403號加工中心機床用錐柄形式；XS16表示刀柄用途及主參數；（XD裝三面銑刀刀柄，MW

19、無扁尾氏錐柄刀柄，XS裝三面刃銑刀刀柄，M有扁尾氏錐柄刀柄，Z（J）裝鉆夾頭刀柄，XP裝削平柄銑刀刀柄）后面的數字表示工具的工作特性，75數字為其輪廓尺寸D或L。圖1-9 直動式電液伺服閥圖1-10 刀柄、對刀器、卸刀器等附件圖1-11 機外對刀儀四、數控銑床及加工中心主要技術參數四、數控銑床及加工中心主要技術參數 工作臺尺寸（長寬）:表示工作臺面大小。行程（XYZ）:表示各軸向最大位移。主電機功率:表示主軸電機的額定功率，如7.5/11KW，正常工作可以維持在7.5KW，短時間負載功率可達11KW。主軸轉速范圍（無級調速）主軸轉速的調整范圍。定位精度、重復定位精度各軸定位的精確性。進給速度表

20、示各進給軸快進速度。工作臺承重工作臺承受的最大重量。刀柄 ：主軸使用刀柄格式，換刀方式以及換刀時間，刀柄承重和回轉直徑等。數控系統(tǒng)：機床使用的控制系統(tǒng)。機床重量：機床總重量。五、數控銑床及加工中心的選用原則五、數控銑床及加工中心的選用原則、數控銑床的選用數控銑床的選擇主要由被加工的零件、加工精度，零件的批量等決定。規(guī)格較小的數控銑床，其工作臺寬度多在400mm以下，它最適宜中小零件的加工和復雜形面的輪廓銑削任務。規(guī)格較大的數控銑床，工作臺在500mm以上，用來解決大尺寸復雜零件的加工需要。根據加工零件是二維還是三維輪廓的幾何形狀決定選擇兩坐標聯動和三坐標聯動的數控機床，也可根據零件加工要求，增加數控分度頭或數控回轉工作臺，加工螺旋槽、葉片零件等。對于大批量的零件加工，用戶可采用專用銑床；中小批量而又是經常周期性重復投產的產品，采用數控銑床是非常合適的，因為第一批量中準備好多工夾具、程序等可以存儲起來重復使用。、加工中心的選用加工中心選用主要是由加工